DE2731376A1

DE2731376A1 - Veraenderlicher optischer koppler

Info

Publication number: DE2731376A1
Application number: DE19772731376
Authority: DE
Inventors: Marshall Clyde Hudson
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1978-02-09
Also published as: FR2360899A1; ATA544277A; US4135779A; IT1082245B; NL7708485A; GB1589771A; AT350812B; JPS5317748A

Description

Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N.Y., U S A

Veränderlicher optischer Koppler

Die Erfindung betrifft einen veränderlichen optischen Koppler, insbesondere eine Anordnung zur Verbindung einer optischen Faser mit einem Paserpaar, mit welcher das in Lichtleitern, optischen Wellenleitern und dergleichen, fortgepflanzte Licht geteilt oder vereinigt und auf einzelne Fasern verteilt, oder von mehreren Fasern in eine einzelne Faser eingegeben werden kann.

Optische Wellenleiter bestehen ihrem grundsätzlichen Aufbau nach aus einem Kern und einem Mantel mit kleineren Brechungsindex n₂ als der Brechungsindex n₁ des Kerns. Trotz theoretischer Vorarbeiten sind praktisch brauchbare optische Wellenleiter mit geringen Verlusten erst in jüngster Zeit bekannt geworden, z.B. nach US-PS 3,659,915 aus einem Schmelzkieselsäuremantel und einem Kern aus Schmelzkieselsäure, welcher zur Einstellung des Brechungsindex dotiert ist. Bekannt sind auch optische Wellenleiter mit mehreren Mänteln oder mit einem Brechungsindexgradienten bzw. -gefälle.

709886/0627

In Nachrichtensystemen mit optischen Wellenleitern wird häufig eine Aufteilung des in einem Wellenleiter fortgepflanzten Lichts auf ein Wellenleiterpaar, oder umgekehrt die Eingabe der in zwei Wellenleitern fortgefplanzten Lichtsignale in einen einzelnen Wellenleiter erforderlich. Bisweilen sollen auch verschiedene Signalteile eines Wellerieiters in das Wellenleiterpaar eingespeist werden, oder es soll das Kopplungsverhältnis bei der Erstinstallation oder später eingestellt oder verändert werden.

Die US-PS 3,87^,779 beschreibt eine veränderliche, zwischen zwei Abschnitten der optischen Leitung gelagerte Kopplung, welche aus einem der Abschnitte einen Teil der Lichtenergie entnimmt. Der Koppler enthält zwei 4-5° Prismen, die so gelagert sind, daß ihre großen Ebenen parallel zueinander und im gegenseitigen Abstand angeordnet sind. Zwischen den Prismen ist eine durchsichtige Platte gelagert, deren Brechungsindex niedriger als der jeweilige Brechungsindex der Prismen ist. Die Platte ist verschiebbar und kann gegen eine Platte mit anderem Brechungsindex ausgewechselt werden. Das aus einem der Abschnitte der Übertragungsleitung entnommene Licht wird auf eines der Prismen geleitet und trifft auf die Grenzfläche mit der Platte mit solchem Einfallswinkel, daß ein Teil refelktiert und damit extrahiert wird, während das übrige Licht durch die Platte auf das zweite Prisma fällt, durch dieses hindurch geht und in den zweiten Abschnitt der übertragungsleitung eingegeben wird.

709866/0627 - 3 -

NACHC»£If;E,'CHT)

- V-

Bei dieser Anordnung entstehen an jeder Grenzfläche zwischen einem Prisma und der Platte Eingabeverluste. Nachteilig ist ferner, daß das Kopplungsverhältnis nur durch Austausch der Platten, also nicht kontinuierlich, verändert werden kann.

Die Erfindung hat demgegenüber eine mit geringeren Eingabeverlusten arbeitende, und eine kontinuierliche Veränderung des Kopplungsverhältnisses ermöglichende Anordnung zur Verbindung eines Paares optischer Fasern mit einer dritten Faser zur Aufgabe.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Mittel zur Halterung der Endteile des Faserpaares in paralleler gegenseitiger Anlage, wobei die Faserendflächen im wesentlichen in gleicher Ebene und senkrecht zu den Faserachsen liegen, Mittel zur Abstützung des Endteils der dritten Faser in einer Lage im wesentlichen parallel zu den Längsachsen des Faserpaares, und in der ihre Endfläche im wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft und an den Endflächen des Faserpaares anliegt,

und Mittel zur gegenseitigien Verschiebung zwischen den Endflächen des Faserpaares und der dritten Faser, wobei der Mittelpunkt der dritten Faser durch eine durch die Mittelpunkte der Endflächen des Faserpaares geführte Linie geht.

709886/0627

An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Die figur 1 die scnematische Anordnung zur Verbindung eines Paares optischer Pasern;

die figur 2 die Anordnung auseinandergezogen;

die Figur 3 im Querschnitt zwei seitliche verschmolzene fasern;

die figur 4 die erfindungsgemäße Anordnung in Seitenansicht;

die figur 5 die Anordnung im Querschnitt entlang der Schnittlinie 5-5 der figur 4;

die figur 6 eine weitere Ausbildung der Anordnung in Seitenansicht;

die figur 7 die Anordnung der figur 6 im Querschnitt entlang der Schnittlinie 7-7.

Die in der figur 1 schematisch gezeigte Anordnung 10 stellt eine lichtleitende Verbindung der faser 12 mit den fasern 14, 16 her. Das in die faser 12 gegebene Lichtsignal P. wird in zwei, jeweils in die faser 14 bzw. 16 eingeleitete Teile fP. und (1-f)P. aufgespalten. Die hierbei entstehenden Verluste werden als Eingabeverluste bezeichnet. Die Summe der Ausgabesignale der fasern 14 und 16 geteilt durch das Eingabesignal P. ergibt den Teilverlust k, wenn die faserlänge so kurz ist, daß die Übertragungsverluste vernachlässigt werden können. Der Eingabeverlust wird-

709886/0627

meist in Decibel angegeben entsprechend -10 log₁₀k.

In der erfindungsgemäßen Anordnung liegt die Paser 22 mit ihrer Endfläche 30 an den Endflächen 32 und 34, wobei die gestrichelten Linien 28 die in Lage gebrachte Stellung von Kern und Mantel der Paser 22 zeigen (Figur 2).

Durch Wegätzen eines Mantelteils oder des ganzen Mantels an den Endteilen der Pasern 24 und 26 können die Eingabeverluste wesentlich herabgesetzt werden. Dies kann z.B. nach dem Verfahren der US-PS 3,912,362 erfolgen. Der Kern der Paser 22 bedeckt dann eine größere Fläche der Kerne der Pasern k4 und 2.c als zuvor. Der Endteil der Paser 22 braucht nicht weggeätzt zu werden, weil hierdurch keine Herabsetzung der Eingabeverluste erreicht würden.

Die Beschaffenheit der Paserendflachen ist für die Herstellung verlustarmer Verbindungen von Bedeutung. Die Flächen sollen sauber und möglichst eben sein. Hierzu können sie geschliffen und poliert, oder einfach in bekannter Weise gebrochen werden, vgl. z.B. B.L. Chinnock u.a. "Optical Fiber End Preparation for Low-Loss Tape Splices", in Bell System Technical Journal, Bd. 54, März 1975, S. 471 - 477. Zuvor kann ein etwaiger Überzug entfernt werden, z.B. Kunststoffüberzüge durch Eintauehen in Azeton.

Die geätzten Endteile der Pasern 24 und 26 können Seite an Seite liegend durch geeignete Klebemittel oder durch Verschmelzen aneinander befestigt werden. Die Verschmelzungswärme kann

709886/0627

— 6 —

"beispielsweise durch die elektrische Entladevorrichtung nach der US-PS 3,960,531 oder durch eine Sauerstoff-Butanflamme erzeugt werden.

Schon eine sehr geringe Anschmelzung ergibt eine gute Verbindung entsprechend Figur 2. Eine stärkere Verschmelzung ergibt eine verschmolzene Faser mit dem in der Figur 3 gezeigten Querschnitt. Anschließend muß gegebenenfalls noch eine ebene, senkrecht zur Faserlängsachse verlaufende Fläche optischer Qualität hergestellt werden.

Eine stark verschmolzene Faser entsprechend Figur 3 hat noch geringere Eingabeverluste als die nur seitlich aneinander gelegten und befestigten Fasern der Figur 2.

Zur Vervollständigung der Anordnung müssen Mittel zur gegenseitigen Verschiebung zwischen den Endflächen 32, 3^ und der Endfläche 30 vorgesehen sein. Zur Erzielung der besten Wirkung soll bei dieser Verschiebung der Mittelpunkt der Endfläche 30 eine durch die Mitten der Endflächen 32, 34- verlaufende Linie überqueren. Wie die Figur 3 zeigt geht die Linie 28 durch die gemeinsame Mantelwand 4-0 und der Kernteil jeder Faserendfläche liegt symmetrisch zu dieser Linie.

Die Figuren 4- und 5 zeigen Beispiele geeigneter Anordnungen. Ein Sockel 4-6 trägt zwei Faserendverbindungsgeräte, das fest auf dem Sockel befestigte Gerät 4-8 und das auf ihm verschiebbare Gerät 50 jeweils für die Faser 52, bzw. das Faserpaar 54-, 56,

709886/0627 - 7 -

die in den Geräten so gelagert sind und gehalten werden, daß die Endfläche der Pasern aneinanderliegen. Ein an dem Sockel 46 befestigter Bügel 60 trägt eine Stellschraube 62 und eine an gegenüberliegenden Flächen des Gerätes 50 abgestützte Vorspannungsfeder 64. Durch Verdrehen der Stellschraube 62 werden die Endflächen der Fasern 54 und 56 in der im Zusammenhang mit der Figur 2 beschriebenen Weise zur Endfläche der Faser 52 verschoben. Beim Zurückdrehen der Schraube 62 hält die Feder 64 das Gerät in Anlagekontakt mit der Schraube.

Da zumindest ein Teil des Mantels der Fasern 54, 56 entfernt ist, besteht das Gerät 50 oder wenigstens sein die Fasern 54, 56 umgebender Teil aus einem durchsichtigen Material, z. B. Kunststoff oder Glas, mit einem niedrigeren Brechungsindex als dem der Faserkerne.

In der Ausbildung gemäß den Figuren 6 und 7 befindet sich der verbindende Teil in einer Kammer. Diese ist mit einem den Brechungsindex anpassenden Fluid 70 mit einem etwas kleineren Brechungsindex als dem der Faserkerne gefüllt, um trotz Entfernung des Mantels oder eines Mantelteils in den Faserendbereichen der Fasern 72, 74- eine gute Wellenleitung zu gewährleisten. Das Gehäuse 76 ist an gegenüberliegenden Enden mit Öffnungen für die Fasern versehen. Ein Flansch 78 sichert die Faser 80 an einem geeigneten Abstand von ihrer Endfläche, während ein Flansch 82 die Fasern 72 und 74- so festlegt, daß die geätzten Bereiche innerhalb der Kammern zu liegen kommen. Das Ende der Faser 80 ist durch ein Klebemittel 86, an einem Tragblock 86, das Ende der Fasern 72,

709886/0627 - ⁸ -

74 mit dem Klebemittel yO an dem TragblocK öö befestigt. Wie in der Figur 5 sind aucn nier mechanische Mittel zur gegenseitigen Verschieoung der Paser 60 zu den Pasern 72, 74 vorgesehen. Das Fluid 70 vermindert gleichzeitig die Fresnel'sehen Reflexionsverluste an den Paserstoßflächen, und dämpft infolge seiner hasse und Viskosität Vibrationen.

In einem Ausführungsbeispiel wurde in Fasern mit 85/um dicken Kernen der Mantel zweier Pasern Dis auf eine Restdicke von 5/um durch Ätzen entfernt. Die Enden dieser und einer weiteren Paser wurden wie oben erwähnt gebrochen, und dadurchjebene, zu den Faserlängsacnsen senkrecht verlaufende Endflächen hergestellt. Die beiden geätzten Fasern wurden mit Zement Seite an Seite und mit ihren Endflächen in einer Ebene liegend an einem ortsfesten Trägerblock, die nicht geätzten Fasern an einem beweglichen Tragblock befestigt. Der bewegliche Block konnte mit einem Mikrometer in seitlicher Richtung zu dem ortsfesten Block verschoben werden. Die beiden Tragblöcke wurden so aneinandergelegt, daß die Endfläche der nicht geätzten Faser an den Endflächen der beiden geätzten Pasern anlag.

Das Kopplungsverhältnis f wurde von 0,1 - 0,9 verändert und der jeweilige Eingabeverlust gemessen. Es wurden Verluste von etwa 3 dB gemessen. Der Mindestverlust betrug 2,54 dB.

709886/0627

Al- .

Leerseite

Claims

2731378

Patentansprüche

1. Anordnung zur Verbindung eines Paares optischer Fasern mit einer dritten optiscnen Faser, gekennzeichnet durch Mittel zur Halterung der Endteile des Faserpaares in paralleler gegenseitiger Anlage, woDei die Faserendfläcnen im wesentlichen in gleicher Ebene und senkrecht zu den Faserachsen liegen,

Mittel zur ADstützung des Endteils der dritten Faser in einer Lage, im wesentiicnen parallel zu den Längsachsen des Faserpaares, und in der ihre Endfläche im wesentlichen senkrecht zur Längsacnse verläuft und an den Endfläcnen des Faserpaares anliegt,

und Mittel zur gegenseitigen Verscniebung zwiscnen den Endflächen des Faserpaares und der dritten Faser, wobei der Mittelpunkt der dritten Faser durcn eine durcn die Mittelpunkte der Endflächen des Faserpaares gefünrte Linie gent.

2. Anordnung nacn Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, dau wenigstens ein Teil des Mantels von den Endteiien des Faserpaares entfernt ist.

709886/0627

ORIGINAL INSPECTED

- vi -

5, Anordnung nacn Ansprucn 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ündteile im Bereicn des entfernten iiantels oder l'iantelteils in ein den i3rechungsindex anpassendes Fluid mit einem niedrigeren Brecnungsindex ais der des Kerns eingetaucht sind.

4. Anordnung nacn einem der Ansprücne 1-3, dadurch gekennzeichnet, dab die Endteiie des i'aserpaares seitlich aneinanderliegend verscnmolzen sind.

709886/0627